電絮凝技術(shù)方案介紹

一、   脈沖電絮凝

電凝聚－電氣浮法（簡(jiǎn)稱(chēng)電聚浮或電絮凝）其理論基礎是應用電子學(xué)、流體力學(xué)、電化學(xué)及物理、化學(xué)等相關(guān)技術(shù)結合而成的一種組合功能型水處理新技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)是電化學(xué)反應器或稱(chēng)為電解反應器，也簡(jiǎn)稱(chēng)為電凝機。

脈沖電絮凝是一種高效的電化學(xué)反應器。傳統的電解法因采用低電壓、高電流，使處理費用較高，這不利于其大規模的推廣使用。脈沖電絮凝則采用高電壓、小電流的脈沖供電方式，電耗和鐵耗顯著(zhù)降低，設備的去污能力增強，改進(jìn)后的脈沖電絮凝設備也比傳統電凝設備更加安全可靠。

電絮凝設備是污水處理電化學(xué)技術(shù)的一種。它將電能轉化為化學(xué)能，其中可以發(fā)生多種反應，是一種多功能型污水處理設備，能有效去除油、COD、重金屬離子、懸浮物、色度等。

二：電絮凝設備工作原理

脈沖電絮凝利用電化學(xué)原理，借助外加電壓作用產(chǎn)生電化學(xué)反應，將電能轉化為化學(xué)能，其本質(zhì)就是進(jìn)行電解水處理，對廢水中的有機或無(wú)機物進(jìn)行氧化還原反應，進(jìn)而達到分解、脫穩、絡(luò )合、吸附、凝聚、浮除，共沉淀等作用，可有效地去除廢水中的Cr6+、Zn2+、Ni2+、Cu2+、Cd2+、CN－、磷酸鹽、S2+、F－、As以及COD、SS、油與色度等，并顯著(zhù)提高廢水的可生化性。

    在電絮凝設備中，電絮凝、電氣浮、電解氧化還原往往是同時(shí)發(fā)生的，電化學(xué)水處理功效是電極反應和由此而引發(fā)的化學(xué)反應與各種物理化學(xué)過(guò)程綜合作用的結果。其具體反應原理如下：

2.1電解氧化

    電解過(guò)程中的氧化作用可以分為直接氧化，即污染物直接在陽(yáng)極失去電子而發(fā)生氧化；和間接氧化，利用溶液中的電極電勢較低的陰離子，例如OH-、Cl-在陽(yáng)極失去電子生成新的較強的氧化劑的活性物質(zhì)如[O]、[OH]、Cl2等。利用這些活性物質(zhì)氧化分解水中的BOD5、COD、NH3-N等。

2.2電解還原

電解過(guò)程中的還原作用也可以分為兩類(lèi)。一類(lèi)是直接還原，即污染物直接在陰極上得到電子而發(fā)生還原作用。另一類(lèi)是間接還原，污染物中的陽(yáng)離子首先在陰極得到電子，使得電解質(zhì)中高價(jià)或低價(jià)金屬陽(yáng)離子在陰極得到電子直接被還原為低價(jià)陽(yáng)離子或金屬沉淀。

2.3電解絮凝

可溶性陽(yáng)極如鐵鋁等，通以直流電后，陽(yáng)極失去電子，形成金屬陽(yáng)離子Fe2+、Al3+，與溶液中的OH-結合生成高活性的絮凝基團，其吸附能力極強，絮凝效果優(yōu)于普通絮凝劑，利用其吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃等作用，可將廢水中的污染物質(zhì)吸附共沉而將其去除。

2.4電解氣浮

電解氣浮是對廢水進(jìn)行電解，水分子電離產(chǎn)生H+和OH-，在電場(chǎng)驅動(dòng)下定向遷移，并在陰極板和陽(yáng)極板表面分別析出氫氣和氧氣。新生成的氣泡直徑非常微小，氫氣泡約為10～30μm，氧氣泡約為20～60μm；而加壓溶氣氣浮時(shí)產(chǎn)生的氣泡直徑為100～150μm，機械攪拌時(shí)產(chǎn)生的氣泡直徑為800～1000μm。由此可見(jiàn)，電解產(chǎn)生的氣泡捕獲雜質(zhì)微粒的能力比后兩者為高，且氣泡的分散度高，作為載體粘附水中的懸浮固體而上浮，這樣很容易將污染物質(zhì)去除。電解氣浮既可以去除廢水中的疏水性污染物，也可以去除廢水中的親水性污染物。

三：電絮凝設備對COD去除及脫色原理

3.1氫氧化亞鐵及氫氧化鐵形成原理

電凝法處理廢水時(shí)，會(huì )產(chǎn)生Fe2+和Fe3＋離子。新生態(tài)的Fe2+和Fe3+具有很好的絮凝作用，溶液在堿性條件下且有O2存在時(shí)，會(huì )形成Fe(OH)2和Fe(OH)3，反應式為

Fe2+＋2OH-＝Fe(OH)2                                             

4Fe2+＋8 OH-＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)3       

3.2氫氧化亞鐵及氫氧化鐵作用

生成的Fe(OH)₂和Fe(OH)₃的吸附能力高于一般藥劑水解得到的Fe(OH)₃吸附能力。同時(shí)其中的Fe離子能與許多有機物形成墨綠色的絡(luò )合物，如與苯環(huán)親電子取代形成π絡(luò )合物和σ絡(luò )合物；與酚ArOH生成［［Fe（OAr）6］3－絡(luò )合物等。這樣，廢水中原有的懸浮物、膠體和油類(lèi)等及通過(guò)電解反應產(chǎn)生的不溶物和構成色度的染料及相當一部分水溶性有機物均可被其絡(luò )合、吸附凝聚而從廢水中分離去除，對染料廢水的脫色率在90％以上。廢水中具有負電位的油珠在外電場(chǎng)作用下，很快完成電泳沉積和聚結，經(jīng)過(guò)Fe(OH)₃絮狀膠體的吸附與絮凝作用，除油率達到70％～80％。

廢水中染料分子、一些有機物分子Dye與氫氧化亞鐵絮體的絡(luò )合作用可由下式表示：

Dye-H+(OH)OFe→Dye-OFe↓+H₂O   

氫氧化亞鐵和氫氧化鐵絮體表面電荷的靜電作用，可以吸附網(wǎng)捕廢水中帶異號電荷的污染物一起沉淀，同時(shí)還可使廢水脫色。

3.3氫離子及氧原子作用

脈沖電凝反應器中水分子通過(guò)電解在電極表面生成氫離子和活性氧原子，反應式如下：            2H₂O→4H++2[O]+ 4e    2[O] →O₂   

上述反應可以在脈沖電凝反應器主流區發(fā)生。廢水通常含有NaCl。陽(yáng)極析出的Cl₂在水中反應如下：

陽(yáng)極： 2Cl－→Cl₂+2e   Cl₂+H₂O→HOCl+H++Cl－     HOCl+H₂O→H₃O++OCl－

OCl－、Cl₂都會(huì )參與氧化反應，起到降解COD和廢水的脫色作用。

廢水中的CO32－和HSO₄－離子也可以在陽(yáng)極氧化生成有殺菌作用的強氧化劑過(guò)碳酸鹽和過(guò)硫酸鹽，如： 2HSO₄－－2e→2H+＋S₂O82－    S₂O82－＋2H₂O→2HSO₄－＋H₂O₂

4Na+＋2CO32－＋3H₂O₂→2Na₂CO₃+3H₂O₂    

在電化學(xué)反應過(guò)程中，電極表面還可以產(chǎn)生一些其它活性中間產(chǎn)物，如OH、H₂O₂、O₃、ClO₂等，這些氧化性很強中間產(chǎn)物參與氧化污染物，使污染物降解去除。這些氧化性基團與物質(zhì)的產(chǎn)生量很大程度上取決于電極材料，但無(wú)論產(chǎn)生多少都有利于COD的去除和廢水的脫色。

歸納起來(lái)，脈沖電絮凝法處理廢水的作用機制相當豐富、也很復雜。脈沖電絮凝法處理廢水的功效正是通過(guò)以上有關(guān)過(guò)程與機制共同作用的結果。在電凝過(guò)程中發(fā)生的電絮凝、電氣浮和電氧化還原等作用可以去除大量的COD，而且可以提高廢水的可生化性，其脫色效果也十分顯著(zhù)；并且對各種金屬離子都有極好的共沉淀去除效果，還能脫硫、除磷，除氰、去鎳和砷。電凝法工藝與后續生化處理單元的匹配性也相當好。不僅如此，脈沖電絮凝法過(guò)程主要是耗電，材料只消耗一些鐵或鋁板和酸（不一定是必須投加的）、堿［Ca(OH)2］，因此處理費用也比較低廉，性?xún)r(jià)比高。

四、脈沖電絮凝處理電鍍廢水的原理簡(jiǎn)介

4.1、在外加高壓電場(chǎng)的作用下，將電能轉換為化學(xué)能，水體發(fā)生解離反應，陽(yáng)極生成強氧化作用的新生態(tài)的氧，可以打斷廢水中絡(luò )合態(tài)形態(tài)的重金屬的絡(luò )合鏈，進(jìn)而釋放出游離的重金屬離子以便后續處理；而陰極生成強還原性的新生態(tài)氫，會(huì )將電鍍廢水中的六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻，同時(shí)可以使廢水的色度得到降低。

4.2、采用鐵板作為極板，首先，鐵失去電子形成亞鐵離子，亞鐵離子水解生成的具有很大比表面積的無(wú)定形的Fe（OH）2（am）絮體，對重金屬離子產(chǎn)生吸附共沉；其次，脈沖電絮凝在除重金屬的過(guò)程中，鐵離子經(jīng)脈沖電凝電催化所形成的聚羥基陽(yáng)離子和多核氫氧化鐵（Ⅲ）懸浮體的凝聚作用，生成不溶于水的金屬聚合物。因此，在脈沖電絮凝處理電鍍廢水的過(guò)程中，所形成的污泥為多種物質(zhì)混合形成的復雜混凝體?？偠灾?，脈沖電絮凝除鎳的主要作用機理有吸附、離子交換、絡(luò )合沉降及網(wǎng)捕和機械掃卷等。（如下圖）

此外，脈沖電絮凝所釋放出的新生態(tài)亞鐵離子其功用如混凝沉淀中加入硫酸亞鐵或PAC化學(xué)藥劑。但不同的是經(jīng)電凝反應產(chǎn)生的Fe(OH)2其活性比鋁鹽或鐵鹽(一般傳統污水處理所使用之混凝藥劑)凝聚效果更強上40倍以上，因此能更有效率的與水中之有機物或無(wú)機物產(chǎn)生膠羽而沉淀。也因此可減少污泥的產(chǎn)生。

五、脈沖電絮凝的關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)勢

1.相比于傳統的電絮凝技術(shù)，脈沖電絮凝技術(shù)由高電壓，高電流可以處理更高濃度的廢水；采用脈沖放電的形式，一方面減少了電能與極板的消耗，另一方面，給高活性的氧，氫，亞鐵離子以充分的反應時(shí)間，使得其能更加完全的與廢水中的污染物質(zhì)發(fā)生反應；此外，脈沖放電的形式大幅度減少了污泥的產(chǎn)生，給企業(yè)大幅節省了處理污泥的費用。

2.相比與傳統化學(xué)沉淀法，脈沖電絮凝釋放的氧化性氧可以打斷廢水中的強絡(luò )合物質(zhì)使得其去除更為徹底，而且相對化學(xué)沉淀法，脈沖電絮凝處理電鍍廢水穩定，受原水成分、濃度變化影響較小，同時(shí)經(jīng)電凝反應產(chǎn)生的Fe(OH)2其活性比鋁鹽或鐵鹽(一般傳統污水處理所使用之混凝藥劑)凝聚效果更強上40倍。